(57)【要約】  【課題】  簡易かつ局所加熱が可能な手法で、それぞれ主成分が異なるセラミック粉末から得られる基体に表層体を積層一体化したセラミックセラミック構造体が得られるセラミック構造体の製造方法を提供する。  【解決手段】  セラミック粉末およびバインダーの少なくとも一方にマイクロ波もしくは高周波の周波数に誘電損失を有するかまたは超音波の周波数に共振特性を有するものを用い、セラミックス粉末およびバインダーを含む混合物を用いて焼成後に基体［１］となる基体成形体１および焼成後に表層体［２］となる表層体成形体２を作製する工程Ａと、基体成形体１に表層体成形体２を積層し、両者の界面に微細な振動を加えて融着させて一体化成形体３を作製する工程Ｂと、一体化成形体３を脱脂し焼成することにより、基体［１］に表層体［２］が接合してなるセラミック構造材５を得る工程とを含むセラミック構造材の製造方法である。【選択図】  図１
2010105174.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック粉末およびバインダーの少なくとも一方にマイクロ波もしくは高周波の周波数に誘電損失を有するかまたは超音波の周波数に共振特性を有するものを用い、セラミック粉末およびバインダーを含む混合物を用いて焼成後に基体となる基体成形体を作製するとともに、セラミック粉末およびバインダーを含む混合物を用いて焼成後に表層体となる表層体成形体を作製する工程Ａと、
前記基体成形体に前記表層体成形体を積層し、マイクロ波もしくは高周波または超音波を印加して、前記基体成形体と前記表層体成形体との界面を融着させて一体化成形体を作製する工程Ｂと、
該一体化成形体を脱脂し焼成することにより、基体に表層体が接合してなるセラミック構造材を得る工程Ｃと
を含むことを特徴とするセラミック構造材の製造方法。
【請求項２】
前記工程Ａにおいて、前記基体成形体および前記表層体成形体の少なくとも一方としてセラミックグリーンシートを支持体上に作製し、前記工程Ｂにおいて、前記セラミックグリーンシートを積層し融着させて、前記一体化成形体を作製することを特徴とする請求項１記載のセラミック構造材の製造方法。
【請求項３】
前記工程Ｂにおいて、前記基体成形体と前記表層体成形体との一部のみを融着することを特徴とする請求項１または請求項２記載のセラミック構造材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、それぞれ主成分が異なるセラミック粉末から得られる基体に表層体を積層一体化したセラミック構造材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、セラミック構造材の製造方法として種々の方法が提案されている。例えば特許文献１には、所定平面に沿って金属部材が内蔵されているセラミックス部材の製造方法として、セラミックス部材の第１の部分の成形体を一軸加圧成形法によって成形し、この表面に金属部材を設け、次いで第１の成形体および金属部材の上にセラミックス部材の第２の部分の原料を配置し、一軸加圧成形法によって第２の部分を成形して予備成形体を作製し、次いでこの予備成形体をホットプレス焼成することによって、セラミック構造材を製造する方法が開示されている。また、特許文献２には、同じく金属部材内蔵セラミックス部材の製造方法として、セラミックス部材の原料とバインダーとの混合物を造粒して造粒顆粒を得て、この造粒顆粒を成形することによって金属部材が埋設されている予備成形体を作製し、この予備成形体をホットプレスすることによって、セラミック構造材を製造する方法が開示されている。さらに、特許文献３にも、特許文献１と同様の金属部材セラミックス部材の製造方法が開示されている。
【０００３】
また、例えば特許文献４には、積層セラミック電子部品の製造方法として、電極インキ膜の形成された支持体の電極インキ膜の形成されていない側に、電極インキ膜の形状にピッチを合わせた凹凸を有する構造体を設け、電極インキ膜を含む支持体上に、セラミックインキを塗布し乾燥させて製造した電極埋め込みセラミック生シートを、支持体より剥離することなく他のセラミック生シートの上に熱圧着させた後に、支持体のみを剥離し、電極埋め込みセラミックス生シートを他のセラミック生シート上に転写し、これを焼成する方法が開示されている。
【０００４】
また、例えば特許文献５には、摺動用セラミックス材の製造方法として、窒化物系セラミックスからなる基体表面に摺動面として窒化ボロンを含む窒化物系セラミックスからなる表面層を塗布して形成し、これを焼成することによって一体化させたセラミック構造材の製造方法が開示されている。具体的には、サイアロン粉にバインダーを添加してメタノール中で混練し、造粒し、次いで造粒した粒末を圧粉して成形体を作製し、成形体を脱脂した後、窒素雰囲気中で仮焼結し、仮焼結した仮焼結体を加工して摺動面を形成し、この摺動面に窒化ボロン粉とサイアロン粉とをメタノール中で混練して生成したスラリーを所定厚さ塗布し、大気中で乾燥した後、窒素雰囲気中で本焼結し、本焼結した焼結体の摺動面を仕上げ加工する製造方法が開示されている。
【０００５】
さらに、特許文献６には、セラミックからなる被接合物同士を接着させる場合に、各被接合物の接合面にＡｕ／Ｃｒ蒸着膜を設け、一方のＡｕ／Ｃｒ蒸着膜にＰｂ蒸着膜を設け、その後、両被接合物を加圧しながら密着させることにより、両被接合物を相互に圧接接合させる方法が開示されている。
【特許文献１】特開平10−249843号公報
【特許文献２】特開平10−259059号公報
【特許文献３】特開平11−255566号公報
【特許文献４】特開平３−96206号公報
【特許文献５】特開平５−221756号公報
【特許文献６】特開平10−282073号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１〜特許文献３に記載されたセラミック構造材の製造方法では、一軸加圧成形方法を使用してセラミックス部材を成形するため、複雑な形状を作製することが難しいという問題点がある。また、導体部分になる金属部材には、加圧成形時に変形しない強度を持つものが必要になるという問題点もある。
【０００７】
また、特許文献４に記載されたセラミック構造材の製造方法では、熱圧着でセラミック生シートを接着するため、セラミック生シートの全体に対する加熱を必要とし、特定部位を加熱接着することができないという問題点がある。
【０００８】
また、特許文献５に記載されたセラミック構造材の製造方法では、仮焼結のための焼成を行なった後、本焼結のための焼成を行なうため、結果として焼成工程を２回通すこととなり、生産性が悪いという問題点がある。
【０００９】
さらに、特許文献６に記載されたセラミック構造材の製造方法は、セラミックからなる被接合物のそれぞれにＡｕ／Ｃｒ蒸着膜を設け、さらに一方のＡｕ／Ｃｒ蒸着膜の上にＰｂ膜を設けた上で加圧しながら密着させて圧接接合を行なうため、生産性が良くないという問題点がある。
【００１０】
本発明は、以上のような従来の技術における問題点を解決すべく案出されたものであり、その目的は、簡易かつ局所加熱が可能な手法で、それぞれ主成分が異なるセラミック粉末から得られる基体に表層体を積層一体化したセラミック構造体が得られるセラミック構造体の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のセラミック構造材の製造方法は、セラミック粉末およびバインダーの少なくとも一方にマイクロ波もしくは高周波の周波数に誘電損失を有するかまたは超音波の周波数に共振特性を有するものを用い、セラミック粉末およびバインダーを含む混合物を用いて焼成後に基体となる基体成形体を作製するとともに、セラミック粉末およびバインダーを含む混合物を用いて焼成後に表層体となる表層体成形体を作製する工程Ａと、前記基体成形体に前記表層体成形体を積層し、マイクロ波もしくは高周波または超音波を印加して、前記基体成形体と前記表層体成形体との界面を融着させて一体化成形体を作製する工程Ｂと、該一体化成形体を脱脂し焼成することにより、基体に表層体が接合してなるセラミック構造材を得る工程Ｃとを含むことを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明のセラミック構造材の製造方法は、上記工程Ａにおいて、前記基体成形体および前記表層体成形体の少なくとも一方としてセラミックグリーンシートを支持体上に作製し、前記工程Ｂにおいて、前記セラミックグリーンシートを積層し融着させて、前記一体化成形体を作製することを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明のセラミック構造材の製造方法は、前記工程Ｂにおいて、前記基体成形体と前記表層体成形体との一部のみを融着することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のセラミック構造材の製造方法によれば、セラミック粉末およびバインダーの少なくとも一方にマイクロ波もしくは高周波の周波数に誘電損失を有するかまたは超音波の周波数に共振特性を有するものを用い、セラミック粉末およびバインダーを含む混合物を用いて焼成後に基体となる基体成形体を作製するとともに、セラミック粉末およびバインダーを含む混合物を用いて焼成後に表層体となる表層体成形体を作製する工程Ａと、基体成形体に表層体成形体を積層し、マイクロ波もしくは高周波または超音波を印加して、前記基体成形体と前記表層体成形体との界面を融着させて一体化成形体を作製する工程Ｂと、この一体化成形体を脱脂し焼成することにより、基体に表層体が接合してなるセラミック構造材を得る工程Ｃとを含むことから、基体成形体に表層体成形体を積層し、マイクロ波、高周波ウエルダーによる高周波または超音波ウエルダーによる超音波を印加することによって、マイクロ波もしくは高周波の周波数に誘電損失を有するかまたは超音波の周波数に共振特性を有するセラミック粉末およびバインダーの一方または両方が微細に振動し発熱して、基体成形体と表層体成形体との接合界面を融着させて両者を確実に接着することができるので、容易にかつ確実に、それぞれ主成分が異なるセラミック粉末から得られる基体に表層体を接合一体化してなるセラミック構造材を得ることができる。
【００１５】
また、本発明のセラミック構造材の製造方法によれば、工程Ａにおいて、基体成形体および表層体成形体の少なくとも一方としてセラミックグリーンシートを支持体上に作製し、工程Ｂにおいて、セラミックグリーンシートを積層し融着させて、一体化成形体を作製するときには、ヒータ等を用いてセラミックグリーンシートを間接的に加熱融着させるのではなく、マイクロ波、高周波または超音波のいずれかを用いることにより、セラミックグリーンシート自体が発熱して融着するため、間接加熱による手法に比べて融着面の温度均一性に優れ、かつ容易にセラミックグリーンシート同士を接着することが可能となる。
【００１６】
また、本発明のセラミック構造材の製造方法によれば、工程Ｂにおいて、基体成形体と表層体成形体との一部のみを融着するときには、基体成形体と表層体成形体とを部分的に接着することができ、基体成形体に同種もしくは異種の材料からなる表層体成形体を部分的に接着することによって、一体化成形体の焼成前あるいは焼成後に非接着部分を除去すれば基体の表面に任意のパターンの表層体を印刷等の手法を用いずに作製することができ、容易に任意形状の３次元成形体を作製することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明のセラミック構造材の製造方法の実施の形態の例について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
＜実施の形態の第１の例＞
図１（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ本発明のセラミック構造材の製造方法の実施の形態の第１の例を示す工程毎の断面図である。
【００１９】
図１に示す第１の例のセラミック構造材の製造方法は、図１（ａ）に示すように、セラミック粉末およびバインダーの少なくとも一方にマイクロ波もしくは高周波の周波数に誘電損失を有するかまたは超音波の周波数に共振特性を有するものを用い、セラミックス粉末およびバインダーを含む混合物を用いて焼成後に基体となる基体成形体１を作製するとともに、セラミック粉末およびバインダーを含む混合物を用いて焼成後に表層体となる表層体成形体２を作製する工程Ａと、図１（ｂ）に示すように、基体成形体１の上に表層体成形体２を積層し、この基体成形体１に表層体成形体２を積層した一体化成形体３を一対の金型４ａ・４ｂで挟み、発振源４を用いて高周波を金型４ａ・４ｂから一体化成形体３に印加して、積層された基体成形体１と表層体成形体２との界面に照射することにより、両者の界面に微細な振動を加えて融着させて基体成形体１と表層体成形体２とを接着した一体化成形体３を作製する工程Ｂと、この一体化成形体３を脱脂し焼成することにより、図１（ｃ）に示すように、基体［１］に表層体［２］が接合してなる、一体化したセラミック構造材５を得る工程Ｃとを含むものである。
【００２０】
工程Ａにおいて作製する基体成形体１および表層体成形体２に使用するセラミック粉末としては、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３），ジルコニア（Ｚｒ２Ｏ３），タングステンカーバイト（ＷＣ），窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４），各種サーメット，窒化ホウ素（ＢＮ）等を主成分とするセラミック粉末から選定することが可能である。本発明においては、基体成形体１と表層体成形体２とでは主成分が異なるセラミック粉末を選定する。基体成形体１および表層体成形体２のセラミック粉末の組合せとしては、例えば、基体成形体１としてタングステンカーバイト（ＷＣ）を用い、表層体成形体２として窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）を用いる場合、基体成形体１として窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）を用い、表層体成形体２として窒化ホウ素（ＢＮ）を用いる場合、基体成形体１としてアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を用い、表層体成形体２としてサーメットを用いる場合等がある。
これらの中で、マイクロ波もしくは高周波の周波数に誘電損失を有するかまたは超音波の周波数に共振特性を有するものとしては、例えば１ＭＨｚの周波数に対してはタングステンカーバイト（ＷＣ）または各種サーメット等が誘電損失を有し、超音波の１ｋＨｚの周波数に対しては窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）または各種サーメット等が共振特性を有しており、それぞれ自己発熱を発生させる。
【００２１】
図１に示す第１の例においては、基体成形体１および表層体成形体２のセラミック粉末の組合せとしては、例えば、基体成形体１として窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）を用い、表層体成形体２として窒化ホウ素（ＢＮ）を用いて、これらを同時焼成することによって、窒化ホウ素（ＢＮ）を表層体［２］として基体［１］である窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）に接合されたセラミック構造材５を簡易に作製することが可能となる。
【００２２】
また、バインダーとして使用できる樹脂としては、例えば、塩化ビニール，アクリル，ポリプロピレン，ポリカーボネート，ポリアセタール，ポリイミド，ポリエチレン，テトラフルオロエチレン，ブチラール，パラフィンワックス等の熱可塑性樹脂が挙げられる。これらの中で、マイクロ波もしくは高周波に対してその周波数に誘電損失を有するかまたは超音波に対してその周波数に共振特性を有するものとしては、マイクロ波に対してはポリエチレン，ポリプロピレン，テトラフルオロエチレン等が挙げられる。また、高周波に対してはナイロン，パラフィンワックス，アクリル，ポリイミド等が挙げられる。また、超音波に対してはナイロン，アクリル，ポリエーテルサルホン，ポリエーテルイミド等が挙げられる。
【００２３】
これらセラミック粉末およびバインダーを用いて基体成形体１および表層体成形体２を作製する方法としては、押出成形，粉体プレス成形，射出成形あるいは鋳込み成形等の方法を用いることが可能であり、作製しようとする基体成形体１または表層体成形体２の形状に応じて、好適な方法を用いればよい。
【００２４】
基体成形体１および表層体成形体２を作製する方法としては、押出成形，粉体プレス成形，射出成形あるいは鋳込成形等を適宜用いることが可能である。また、後述するように、基体成形体１および表層体成形体２の少なくとも一方をテープ成形法等によってセラミックグリーンシートとして作製してもよい。
【００２５】
図１（ｂ）に示す工程Ｂにおいては、一体化成形体３に印加して基体成形体１と表層体成形体２との界面に微細な振動を加える手段として、マイクロ波もしくは高周波または超音波を用いる。これらを用いることによって、基体成形体１に含まれるセラミック粉末および／またはバインダーと表層成形体２に含まれるセラミック粉末および／またはバインダーとにマイクロ波もしくは高周波の周波数に対する誘電損失または超音波の周波数に対する共振特性を持たせることにより、基体成形体１および表層体成形体２が内部発熱を発生し、基体成形体１と表層体成形体２との界面が融着することによって、基体成形体１に表層体成形体２を安定して確実に融着させることができるので、焼成後に、それぞれ主成分が異なるセラミック粉末から得られる基体［１］に表層体［２］を容易にかつ確実に接合一体化してなるセラミック構造材５を得ることができる。
【００２６】
なお、一体化成形体３に対してマイクロ波を印加するには、基体成形体１に表層体成形体２を積層した状態にてマイクロ波照射装置内にセットし、基体成形体１に表層体成形体２を融着できる条件でマイクロ波を照射すればよく、高周波を印加するには、高周波ウエルダーを用いればよく、超音波を印加するには、超音波ウエルダーを用いればよい。それぞれの周波数としては、マイクロ波であれば１ＧＨｚ〜30ＧＨｚが、高周波であれば１ＭＨｚ〜300ＭＨｚが、超音波であれば１ｋＨｚ〜30ｋＨｚが好適である。また、その照射時間としては、マイクロ波、高周波または超音波のいずれでも１〜10秒が適当である。
【００２７】
なお、基体成形体１に表層体成形体２を積層し融着させて一体化成形体３を作製する工程Ｂにおいては、必ずしも基体成形体１と表層体成形体２との界面の全面を融着させなければならないものではなく、基体成形体１と表層体成形体２との界面の一部のみを融着させても構わない。一部のみを融着させるときには、例えば窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）およびバインダーからなる基体成形体１に任意の形状のタングステンカーバイト（ＷＣ）およびバインダーからなる表層体成形体２を重ね合わせて積層し、金型４ａ，４ｂで挟み込んだ上で高周波または超音波を印加することによって、基体成形体１に表層体成形体２を接合することにより一体化成形体３を得る方法や、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）およびバインダーからなる基体成形体１に表層体成形体２となるタングステンカーバイト（ＷＣ）およびバインダーからなるグリーンシートを重ね合わせて積層し、任意の形状の金型４ａ，４ｂで挟み込んで超音波もしくは高周波を印加し、表層体成形体２であるグリーンシートの任意形状部分を基体成形体１に転写し、一体化成形体３を得る方法が挙げられる。
【００２８】
このように基体成形体１と表層体成形体２との一部のみを融着するときには、基体成形体１上に表層体成形体２にて任意形状の加飾を行なったり、任意の他機能を示す形状を短時間に容易に形成したりすることが可能となる。
【００２９】
なお、摺動用セラミック構造材のように、基体［１］と表層体［２］とが別機能を持ち、大面積にその機能が要求されるようなものの一体化成形体３の場合には、基体成形体１と表層体成形体２との界面の全面を融着させることが好ましい。
【００３０】
工程Ｃにおいては、焼成工程の前に脱脂工程を備えている。具体的には、セラミック粉末の種類に応じて、工程Ｂで作製された一体化成形体３に対して、例えば大気雰囲気中または窒素雰囲気中で400℃、２時間の加熱脱脂工程を実施する。その後、例えば酸化性雰囲気または非酸化性雰囲気で焼成することによって、主成分が異なるセラミック粉末から得られる基体［１］に表層体［２］を接合一体化した焼結体であるセラミック構造材５を得ることができる。
【００３１】
得られたセラミック構造材５については、必要に応じて所望の形状あるいは表面状態となるように外形加工や仕上げ加工を施してもよい。
【００３２】
このような第１の例は、例えば、基体成形体１として窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）を用い、表層体成形体２としてタングステンカーバイト（ＷＣ）を用いて、接合一体化した焼結体であるセラミック構造材５を作製した後、摺動部の形状に応じて表面の研磨加工、Ｒ加工、または外形加工を施すことによって、摺動部用のセラミック構造材５を作製することができる。
【００３３】
＜実施の形態の第２の例＞
図２（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ本発明のセラミック構造材の製造方法の実施の形態の第２の例を示す工程毎の断面図である。
【００３４】
図２に示す第２の例のセラミック構造材の製造方法は、図２（ａ）に示すように、セラミック粉末およびバインダーの少なくとも一方にマイクロ波もしくは高周波の周波数に誘電損失を有するかまたは超音波の周波数に共振特性を有するものを用い、セラミックス粉末およびバインダーを含む混合物を用いて焼成後に基体となる基体成形体11を作製するとともに、セラミック粉末およびバインダーを含む混合物を用いて焼成後に表層体となる表層体成形体12を作製する工程Ａと、図２（ｂ）に示すように、基体成形体11の上に表層体成形体12を積層し、この基体成形体11に表層体成形体12を積層した一体化成形体13に、この例では表層体成形体12側に発振子14ａを接触させ、発振源14を用いて超音波を発振子14ａから一体化成形体13に印加して、積層された基体成形体11と表層体成形体12との界面に照射することにより、両者の界面に微細な振動を加えて融着させて基体成形体11と表層体成形体12とを接着した一体化成形体13を作製する工程Ｂと、この一体化成形体13を脱脂し焼成することにより、図２（ｃ）に示すように、基体［11］に表層体［12］が接合してなる、一体化したセラミック構造材15を得る工程Ｃとを含むものである。
【００３５】
この第２の例は、図２（ｂ）に示す工程Ｂにおける構成の違いを除けば、図１に示す第１の例と同様である。
【００３６】
このような第２の例では、例えば、基体成形体11として窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）を用い、表層体成形体12として窒化ホウ素（ＢＮ）を用いて、接合一体化した焼結体であるセラミック構造材15を作製した後、摺動部の形状に応じて表面の研磨加工、Ｒ加工、または外形加工を施すことによって、摺動部用のセラミック構造材15を作製することができる。
【００３７】
そして、このような第２の例によれば、金型で基体成形体11および表層体成形体12を挟み込む必要がなく基体成形体11と表層体成形体12との間の接着が可能であり、バインダーの種類の選定自由度が増すメリットがある。
【００３８】
＜実施の形態の第３の例＞
図３（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ本発明のセラミック構造材の製造方法の実施の形態の第３の例を示す工程毎の断面図である。
【００３９】
図３に示す第３の例のセラミック構造材の製造方法は、図３（ａ）に示すように、セラミック粉末およびバインダーの少なくとも一方にマイクロ波もしくは高周波の周波数に誘電損失を有するかまたは超音波の周波数に共振特性を有するものを用い、基体成形体21および表層体成形体22の少なくとも一方として、この例では表層体成形体22を、支持体26としての樹脂フィルム上にセラミック粉末、バインダーおよび溶剤を含むスラリーをテープ成形したセラミックグリーンシートとして作製するとともに、セラミック粉末およびバインダーを含む混合物を用いて基体成形体21を、この例では同じくセラミック粉末、バインダーおよび溶剤を含むスラリーをテープ成形したセラミックグリーンシートとして作製する工程Ａと、図３（ｂ）に示すように、基体成形体21のセラミックグリーンシートの上に、支持体26上に作製した表層体成形体22のセラミックグリーンシートを密着させて積層し、この基体成形体21に支持体26上の表層体成形体22を積層した一体化成形体23を一対の電極24ａ・24ｂで挟み、発振源24を用いてマイクロ波、高周波または超音波を電極24ａ・24ｂから一体化成形体23に印加して、積層された基体成形体21と表層体成形体22との界面に照射することにより、両者の界面に微細な振動を加えて融着させて、図３（ｃ）に示すように、基体成形体21と表層体成形体22とを接着した一体化成形体23を作製する工程Ｂと、図３（ｄ）に示すように、この一体化成形体23から支持体26を剥離した後、脱脂し焼成することにより、図３（ｄ）に示すように、基体［21］に表層体［22］が接合してなる、一体化したセラミック構造材25を得る工程Ｃとを含むものである。
【００４０】
この第３の例も、基体成形体21にセラミックグリーンシートを用い、表層体成形体22に支持体26に形成したセラミックグリーンシートを用いるという違いを除けば、図１に示す第１の例と同様である。
【００４１】
なお、図３に示す第３の例では、工程Ｂにおいて、表層体成形体22をセラミックグリーンシートとして支持体26上に作製し、このセラミックグリーンシートを直接的に基体成形体21に積層し融着させて接着しているが、表層体成形体22のセラミックグリーンシートを基体成形体21に載せ、図３に示す手法で高周波または超音波を印加することにより、瞬時の内部加熱を行ない、表層体成形体22のセラミックグリーンシートと基体成形体21とを接着する。その後、接着力の弱い表層体成形体22のセラミックグリーンシートを支持体26から剥離することによって、基体成形体21に表層体成形体22のセラミックグリーンシートを支持体26から転写接着してもよい。
【００４２】
なお、基体成形体21または表層体成形体22としてセラミックグリーンシートを作製するための溶剤としては、バインダーの樹脂を溶解するものであれば特に制約があるものではなく、例えば、トルエン，キシレン，エタノール，イソプロパノール，メチルイソブチルケトン，テルピネオール，エチルカルビトール，ブチルカルビトールアセテート等を選定することが可能である。また、支持体26として樹脂フィルムを用いる場合には、ポリエチレンテレフタレート，ポリアミド，ポリエーテルイミド，塩化ビニール等から適宜選定することが可能である。さらに、支持体26としては、樹脂フィルムの他にも、各種金属板や各種紙を用いてもよい。
【００４３】
このような第３の例は、例えば、基体成形体21としてアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を用い、表層体成形体22としてジルコニア（ＺｒＯ２）を用いて、耐摩耗性等の機能が必要な部分にのみ表層体（22）を接合一体化した焼結体であるセラミック構造材25を作製した後、耐摩耗性が要求される形状に応じて表面の研磨加工、Ｒ加工、または外形加工を施すことによって、耐摩耗性のセラミック構造材25を作製することができる。
【００４４】
そして、このような第３の例によれば、基体成形体21の上に表層体成形体22を直接印刷等を行なわずに薄層のシートとして任意形状に短時間に転写することが可能となる。
【００４５】
以上のような各例として示した本発明のセラミック構造材の製造方法は、セラミック構造材として、例えばセラミックロール等の摺動部に使用するセラミック構造材や、遠赤外線ヒータ等の通電部を有するセラミック構造材や、セラミックボール，耐熱性セラミック部品等に用いられる窒化珪素製のセラミック構造材を始めとして、種々のセラミック構造材の製造に適用することができる。
【実施例】
【００４６】
以下、本発明のセラミック構造材の製造方法の具体例について説明する。
【００４７】
（実施例１）
セラミック粉末としてＳｉ３Ｎ４粉末およびバインダーとして塩化ビニール（１ＭＨｚに対する誘電損失：６×10−３）を表１に示す割合で含むコンパウンドを用いて、射出成形により、５ｍｍ×５ｍｍ×35ｍｍの直方体形状の基体成形体を作製した。また、セラミック粉末としてＳｉ３Ｎ４粉末およびバインダーとしてパラフィンワックス（１ＭＨｚに対する誘電損失：２×10−４）を表１に示す割合で含むコンパウンドを用いて、射出成形により、５ｍｍ×５ｍｍ×35ｍｍの直方体形状の表層体成形体を作製した。
【００４８】
次いで、この基体成形体に表層体成形体を重ね合わせて積層し、これを図１（ｂ）に示すように一対の金型で挟んで、高周波ウエルダーによって１ＭＨｚ、0.4Ａの条件で高周波を印加して基体成形体と表層体成形体との界面に微細な振動を３秒間加えて融着させて接着を行ない、一体化成形体を作製した。そして、一体化成形体の基体成形体側に200ｇの錘を吊るして一体化成形体を持ち上げることによって、手動で基体成形体と表層体成形体との間の剥離試験を行ない、接着の状態を確認した。
【００４９】
次いで、この一体化成形体を加熱して脱脂した後、焼成することによって、基体に表層体が接合してなるセラミック構造材である実施例１としての焼結体を得た。なお、加熱脱脂条件は400℃で２時間とし、焼成条件は1800℃で３時間とした。
【００５０】
（実施例２）
セラミック粉末としてＡｌ２Ｏ３粉末およびバインダーとしてパラフィンワックス（１ｋＨｚに対する共振特性：２×10−４）を表１に示す割合で含む粉体を用いて、粉体プレス成形により、５ｍｍ×５ｍｍ×35ｍｍの直方体形状の基体成形体を作製した。また、セラミック粉末としてＺｒＯ２粉末およびバインダーとしてポリエチレン（１ｋＨｚに対する共振特性：２×10−４）を表１に示す割合で含むコンパウンドを用いて、射出成形により、５ｍｍ×５ｍｍ×35ｍｍの直方体形状の表層体成形体を作製した。
【００５１】
次いで、この基体成形体に表層体成形体を重ね合わせて積層し、これに図２（ｂ）に示すように表層体成形体に発振子を接触させ、超音波ウエルダーによって１ｋＨｚの条件で超音波を印加して基体成形体と表層体成形体との界面に微細な振動を３秒間加えて融着させて接着を行ない、一体化成形体を作製した。そして、同様に手動で基体成形体と表層体成形体との間の剥離試験を行ない、接着の状態を確認した。
【００５２】
次いで、この一体化成形体を加熱して脱脂した後、焼成することによって、基体に表層体が接合してなるセラミック構造材である実施例２としての焼結体を得た。なお、加熱脱脂条件は400℃で２時間とし、焼成条件は1600℃で２時間とした。
【００５３】
（実施例３）
セラミック粉末としてＳｉ３Ｎ４粉末およびバインダーとしてポリプロピレン（１ＭＨｚに対する誘電損失：２×10−４）を表１に示す割合で含む粉体を用いて、粉体プレス成形により、５ｍｍ×５ｍｍ×35ｍｍの直方体形状の基体成形体を作製した。また、表層体成形体としては、表１に示す割合でセラミック粉末としてＢＮ粉末およびバインダーとしてアクリル樹脂（１ＭＨｚに対する誘電損失：２×10−２）ならびに溶剤としてトルエンを含む混合物を用いて作製したスラリーを用いて、支持体であるＰＥＴフィルム上に乾燥膜厚が50μｍで寸法が200ｍｍ×150ｍｍのセラミックグリーンシートを作製した。
【００５４】
次いで、図３（ｂ）に示すように、基体成形体上に表層体成形体としてのセラミックグリーンシートを支持体とともに積層して一対の金型で挟んで、高周波ウエルダーによって１ＭＨｚ、0.5Ａの条件で高周波を印加して基体成形体と表層体成形体との界面に微細な振動を２秒間加えて融着させて接着を行ない、その後、支持体であるＰＥＴフィルムを剥がして、基体成形体と表層体成形体とが一体となった一体化成形体を作製した。そして、碁盤目剥離試験機を用いて、手動で基体成形体と表層体成形体との間の剥離試験を行ない、接着の状態を確認した。
【００５５】
次いで、この一体化成形体を加熱して脱脂した後、焼成することによって、基体に表層体が接合してなるセラミック構造材である実施例３としての焼結体を得た。なお、加熱脱脂条件は400℃で２時間とし、焼成条件は1800℃で３時間とした。
【００５６】
（実施例４）
セラミック粉末としてＡｌ２Ｏ３粉末（１ＭＨｚに対する誘電損失：４×10−４およびバインダーとしてフッ素樹脂（１ＭＨｚに対する誘電損失：３×10−４未満）を表１に示す割合で含むコンパウンドを用いて、射出成形により、５ｍｍ×５ｍｍ×35ｍｍの直方体形状の基体成形体を作製した。また、セラミック粉末としてＺｒＯ２粉末およびバインダーとしてパラフィンワックス（１ＭＨｚに対する誘電損失：２×10−４）を表１に示す割合で含むコンパウンドを用いて、射出成形により、５ｍｍ×５ｍｍ×35ｍｍの直方体形状の表層体成形体を作製した。
【００５７】
次いで、この基体成形体に表層体成形体を重ね合わせて積層し、これを図１（ｂ）に示すように一対の金型で挟んで、高周波ウエルダーによって１ＭＨｚ、0.4Ａの条件で高周波を印加して基体成形体と表層体成形体との界面に微細な振動を３秒間加えて融着させて接着を行ない、一体化成形体を作製した。そして、一体化成形体の基体成形体側に200ｇの錘を吊るして持ち上げることによって、手動で基体成形体と表層体成形体との間の剥離試験を行ない、接着の状態を確認した。
【００５８】
次いで、この一体化成形体を加熱して脱脂した後、焼成することによって、基体に表層体が接合してなるセラミック構造材である実施例４としての焼結体を得た。なお、加熱脱脂条件は400℃で２時間とし、焼成条件は1600℃で２時間とした。
【００５９】
（実施例５）
セラミック粉末としてＳｉ３Ｎ４粉末およびバインダーとしてアクリル（１ｋＨｚに対する共振特性：４×10−２）を表１に示す割合で含むコンパウンドを用いて、射出成形により、５ｍｍ×５ｍｍ×35ｍｍの直方体形状の基体成形体を作製した。また、セラミック粉末としてＳｉ３Ｎ４粉末およびバインダーとしてナイロン（１ｋＨｚに対する共振特性：２×10−２）を表１に示す割合で含むコンパウンドを用いて、射出成形により、５ｍｍ×５ｍｍ×35ｍｍの直方体形状の表層体成形体を作製した。
【００６０】
次いで、この基体成形体に表層体成形体を重ね合わせて積層し、これを図１（ｂ）に示すように一対の金型で挟んで、高周波ウエルダーによって１ｋＨｚの条件で超音波を印加して基体成形体と表層体成形体との界面に微細な振動を３秒間加えて融着させて接着を行ない、一体化成形体を作製した。そして、一体化成形体の基体成形体側に200ｇの錘を吊るして持ち上げることによって、手動で基体成形体と表層体成形体との間の剥離試験を行ない、接着の状態を確認した。
【００６１】
次いで、この一体化成形体を加熱して脱脂した後、焼成することによって、基体に表層体が接合してなるセラミック構造材である実施例５としての焼結体を得た。なお、加熱脱脂条件は400℃で２時間とし、焼成条件は1800℃で３時間とした。
【００６２】
【表１】
2010105174.tif 000003
【００６３】
（比較例１）
セラミック粉末としてＳｉ３Ｎ４粉末およびバインダーとしてフェノール樹脂（１ＭＨｚに対する誘電損失：０）を表２に示す割合で含むコンパウンドを用いて、射出成形により、５ｍｍ×５ｍｍ×35ｍｍの直方体形状の基体成形体を作製した。また、セラミック粉末としてＳｉ３Ｎ４粉末およびバインダーとしてパラフィンワックス（１ＭＨｚに対する誘電損失：２×10−４）を表２に示す割合で含むコンパウンドを用いて、射出成形により、５ｍｍ×５ｍｍ×35ｍｍの直方体形状の表層体成形体を作製した。
【００６４】
次いで、この基体成形体に表層体成形体を重ね合わせて積層し、これを図１（ｂ）に示すように一対の金型で挟んで、高周波ウエルダーによって１ＭＨｚ、0.4Ａの条件で高周波を印加して基体成形体と表層成形体との界面に微細な振動を３秒間加えて、一体化成形体を作製した。そして、同様に手動で基体成形体と表層体成形体との間の剥離試験を行ない、接着の状態を確認した。
【００６５】
次いで、この一体化成形体を加熱して脱脂した後、焼成することによって、基体に表層体が接合してなるセラミック構造材である比較例１としての焼結体を得た。なお、加熱脱脂条件は500℃で８時間とし、焼成条件は1800℃で３時間とした。
【００６６】
（比較例２）
セラミック粉末としてＳｉ３Ｎ４粉末およびバインダーとしてフェノール樹脂（１ｋＨｚに対する共振特性：０）を表２に示す割合で含むコンパウンドを用いて、射出成形により、５ｍｍ×５ｍｍ×35ｍｍの直方体形状の基体成形体を作製した。また、セラミック粉末としてＳｉ３Ｎ４粉末およびバインダーとしてパラフィンワックス（１ＭＨｚに対する誘電損失：２×10−４）を表２に示す割合で含むコンパウンドを用いて、射出成形により、５ｍｍ×５ｍｍ×35ｍｍの直方体形状の表層体成形体を作製した。
【００６７】
次いで、この基体成形体に表層体成形体を重ね合わせて積層し、これに図２（ｂ）に示すように表層体成形体に発振子を接触させ、超音波ウエルダーによって１ｋＨｚの条件で超音波を印加して基体成形体と表層体成形体との界面に微細な振動を３秒間加えて、一体化成形体を作製した。そして、同様に手動で基体成形体と表層体成形体との間の剥離試験を行ない、接着の状態を確認した。
【００６８】
次いで、この一体化成形体を加熱して脱脂した後、焼成することによって、基体に表層体が接合してなるセラミック構造材である比較例２の焼結体を得た。なお、加熱脱脂条件は500℃で８時間とし、焼成条件は1800℃で３時間とした。
【００６９】
（比較例３）
セラミック粉末としてＳｉ３Ｎ４粉末およびバインダーとしてポリエーテルエーテルケトン樹脂（１ＭＨｚに対する誘電損失：０）を表２に示す割合で含むコンパウンドを用いて、射出成形により、５ｍｍ×５ｍｍ×35ｍｍの直方体形状の基体成形体を作製した。また、セラミック粉末としてＳｉ３Ｎ４粉末およびバインダーとしてポリエーテルケトン樹脂（１ＭＨｚに対する誘電損失：０）を表２に示す割合で含むコンパウンドを用いて、射出成形により、５ｍｍ×５ｍｍ×35ｍｍの直方体形状の表層体成形体を作製した。
【００７０】
次いで、この基体成形体に表層体成形体を重ね合わせて積層し、これを図１（ｂ）に示すように一対の金型で挟んで、高周波ウエルダーによって１ＭＨｚ、0.4Ａの条件で高周波を印加して基体成形体と表層体成形体との界面に微細な振動を３秒間加えて、一体化成形体を作製した。そして、同様に手動で基体成形体と表層体成形体との間の剥離試験を行ない、接着の状態を確認した。
【００７１】
次いで、この一体化成形体を加熱して脱脂した後、焼成することによって、基体に表層体が接合してなるセラミック構造材である比較例３としての焼結体を得た。なお、加熱脱脂条件は500℃で８時間とし、焼成条件は1800℃で３時間とした。
【００７２】
【表２】
2010105174.tif 000004
【００７３】
以上のようにして得た各例について、一体化成形体の基体成形体と表層体成形体との間について手動で剥離試験を行なった結果を、および焼結体の接合界面を蛍光ランプにかざして透過してくる光を目視で確認することによって剥離の有無を確認した結果をそれぞれ表３に示す。
【００７４】
【表３】
2010105174.tif 000005
【００７５】
表３に示すように、実施例１から実施例５においては、一体化成形体での剥離もなく、焼結体においても接合界面における蛍光ランプの光の透過が確認できず、剥離が発生していなかった。これにより、基体に表層体が良好に接合しており、一体化したセラミック構造材として必要な機能を果たすことができるものであると確認できた。
【００７６】
これに対し、比較例１および比較例２は、基体成形体を構成するバインダーとしてフェノール樹脂を用いており、１ＭＨｚの周波数において誘電損失が０および１ｋＨｚの周波数において共振特性が０であったため、基体成形体自体に発熱が生じず、一体化成形体の時点で基体成形体と表層体成形体との間での融着による接着が起こらず、剥離が発生した。また、焼結体においても基体と表層体との接合界面に剥離が発生していて隙間が生じていたため、蛍光ランプの透過光が確認でき、一体化したセラミック構造材として必要な機能を十分に果たすことができないものであった。
【００７７】
また、比較例３は、基体成形体および表層体成形体を作製するバインダーとしてポリエーテルケトン樹脂を用いており、１ＭＨｚの周波数において誘電損失が０および１ｋＨｚの周波数において共振特性が０であったため、基体成形体自体および表層体成形体自体に発熱が生じず、一体化成形体の時点で基体成形体と表層体成形体との間での融着による接着が起こらず、剥離が生じた。また、焼結体においても基体と表層体との接合界面に剥離が発生していて隙間が生じていたため、蛍光ランプの透過光が確認でき、一体化したセラミック構造材として必要な機能を十分に果たすことができないものであった。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ本発明のセラミック構造材の製造方法の実施の形態の第１の例を示す工程毎の断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ本発明のセラミック構造材の製造方法の実施の形態の第２の例を示す工程毎の断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ本発明のセラミック構造材の製造方法の実施の形態の第３の例を示す工程毎の断面図である。
【符号の説明】
【００７９】
１，11，21・・・基体成形体
２，12，22・・・表層体成形体
３，13，23・・・一体化成形体
４，14，24・・・発振源
４ａ，４ｂ・・・金型
14ａ・・・発振子
24ａ，24ｂ・・・電極
［１］，［11］，［21］・・・基体
［２］，［12］，［22］・・・表層体
５，15，25・・・セラミック構造材
26・・・支持体
【図１】
2010105174.tif 000006
【図２】
2010105174.tif 000007
【図３】
2010105174.tif 000008